長(zhǎng)期以來(lái)，當(dāng)工程師想要產(chǎn)生強(qiáng)大力量或移動(dòng)重物時(shí)，液壓驅(qū)動(dòng)一直是他們的首選。但如今，液壓系統(tǒng)在線性運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域迎來(lái)了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手：電動(dòng)缸。
電動(dòng)缸使用精密的滾珠或滾柱絲杠替代了液壓系統(tǒng)，由外接的電機(jī)和變速箱驅(qū)動(dòng)。在許多應(yīng)用中，機(jī)電系統(tǒng)都具備超越液壓系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)。它們更小巧、更輕便，并與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的電機(jī)直接相連，機(jī)電系統(tǒng)不再需要笨重的泵、蓄能器、油箱和管道，也無(wú)需使用液壓油，具備更加安全和環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，能夠消除與泄漏和溢出相關(guān)的火災(zāi)、污染或人身?yè)p害風(fēng)險(xiǎn)。此外，電動(dòng)缸的噪音也低于液壓驅(qū)動(dòng)。
電動(dòng)缸還具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)。與液壓設(shè)備相比，它們運(yùn)作的速度和功率范圍均有所提升，并能提供更高的位置精度。它們的工作性能也更加穩(wěn)定，因?yàn)橐簤河偷恼扯葧?huì)隨時(shí)間和溫度而變化，影響機(jī)器性能。電動(dòng)缸則可在長(zhǎng)期工作中始終保持精確公差，并且由于其運(yùn)動(dòng)部件基于公認(rèn)的滾動(dòng)元件軸承技術(shù)，因此可以在一組給定的工作條件下預(yù)測(cè)它們的使用壽命。
在控制方面，電動(dòng)缸無(wú)需單獨(dú)安裝控制閥和相關(guān)硬件，可輕松集成到設(shè)備的電子控制系統(tǒng)中。此外，它們還具有快速響應(yīng)以及卓越的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)，不僅能夠簡(jiǎn)化復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的編程，還能使設(shè)備快速適應(yīng)不同的工藝要求。
有何魅力？
拋開這些引人注目的優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)缸的采購(gòu)成本較高。如果以每個(gè)設(shè)備計(jì)算，電機(jī)技術(shù)的起步價(jià)肯定高于液壓技術(shù)，因此，長(zhǎng)期以來(lái)它們沒被廣泛應(yīng)用于一些領(lǐng)域。
然而，從總體成本的角度來(lái)看，這一論點(diǎn)基本上站不住腳?？v觀整個(gè)生命周期中，電動(dòng)缸所能帶來(lái)的成本節(jié)約遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其較高的初始投資成本。電動(dòng)缸主要可從以下六個(gè)方面節(jié)省成本。
提高能源效率。造成液壓系統(tǒng)能量損耗的原因有很多，從最初將電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)液壓泵的動(dòng)能、到液壓泵本身的能耗、再到傳動(dòng)管道中流體摩擦和執(zhí)行器內(nèi)部的進(jìn)一步能量損耗。總的來(lái)說，液壓系統(tǒng)很可能只將大約44%的輸入功率傳遞給負(fù)載。相比之下，機(jī)電系統(tǒng)的能耗僅來(lái)自于電機(jī)效率的限制以及變速箱和執(zhí)行器中的部件摩擦。電動(dòng)缸通?？蓪?0%的輸入功率傳遞給負(fù)載。此外，在大多數(shù)應(yīng)用中，液壓泵必須持續(xù)運(yùn)行才能確保設(shè)備做出足夠的響應(yīng)，而電動(dòng)缸在閑置時(shí)功耗為零。在許多應(yīng)用中，電動(dòng)缸消耗峰值功率的時(shí)段可能僅占其運(yùn)行時(shí)間的一小部分。綜上所述，電動(dòng)缸在短短幾個(gè)月內(nèi)便可因?yàn)楣?jié)能而抵消較高的初始成本。
減少熱力。液壓系統(tǒng)中的能量損耗會(huì)被轉(zhuǎn)化為熱力。在塑料成型機(jī)等精密應(yīng)用中，必須使用冷卻器消除這些熱力，從而進(jìn)一步提高總體能量需求。而電機(jī)效能更高，因此所需的冷卻能量大約僅為35％的液壓當(dāng)量。
提高生產(chǎn)節(jié)拍。電動(dòng)缸擁有更快的速度和更高的可控性，可以提升設(shè)備運(yùn)行速度，從而增加產(chǎn)出。以汽車行業(yè)的機(jī)器人點(diǎn)焊為例。每進(jìn)行一次焊接，安裝在機(jī)器人臂上的夾鉗都必須打開一次，以便機(jī)械手臂能夠進(jìn)入下一個(gè)焊接位置。液壓動(dòng)力系統(tǒng)通常要求夾鉗在每次焊接之后完全打開。而機(jī)電系統(tǒng)則可根據(jù)軟件程序打開相應(yīng)的幅度，只要夾鉗能夠移動(dòng)至下一個(gè)位置即可。當(dāng)一家日本汽車制造商改用機(jī)電焊鉗時(shí)，這種變化加上新型電動(dòng)缸的速度優(yōu)勢(shì)，助力他們將產(chǎn)能提高了10％，相當(dāng)于每天多生產(chǎn)超過100個(gè)車身殼體。
提高材料利用率。提高精度和一致性意味著電機(jī)驅(qū)動(dòng)通常提供兩倍于液壓系統(tǒng)的可重復(fù)性，從而能夠提高質(zhì)量并減少?gòu)U料。此外，由于電機(jī)從啟動(dòng)的那一刻起就能提供一致的性能，因此能夠減少因材料切換而帶來(lái)的損失，并允許生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)縮短調(diào)整機(jī)器變量所需的時(shí)間，更快恢復(fù)生產(chǎn)。即使在生產(chǎn)低精度部件的情況下，因減少?gòu)U料和提高質(zhì)量而節(jié)省的成本也能在兩年或更短時(shí)間內(nèi)抵消采用電動(dòng)缸的額外成本。
延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間。電動(dòng)缸的易損件較少，并且它們都位于滾珠或滾柱絲杠機(jī)構(gòu)和變速箱內(nèi)。液壓裝置則依賴于閥門、軟管、過濾器和密封件組成的網(wǎng)絡(luò)。由于液壓動(dòng)力是分散的，因此，系統(tǒng)中的某個(gè)組件出現(xiàn)故障可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器停止工作，直到問題被發(fā)現(xiàn)和修復(fù)為止。電動(dòng)缸的問題通?？梢酝ㄟ^快速更換受影響的器件來(lái)解決。因此，電動(dòng)缸的正常運(yùn)行時(shí)間及可用性通常要比液壓系統(tǒng)高出2%，從而能夠提高產(chǎn)量并降低單位生產(chǎn)成本。
簡(jiǎn)化維護(hù)流程。最后，電動(dòng)缸幾乎沒有經(jīng)常性費(fèi)用。用戶不必購(gòu)買機(jī)油、過濾器或密封件；無(wú)需停機(jī)更換這些部件；不必花錢來(lái)防止或清理泄漏和溢出。機(jī)電系統(tǒng)還可以配備全集成的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，在意外停機(jī)發(fā)生之前向運(yùn)維人員發(fā)出警報(bào)。
總之，這些優(yōu)勢(shì)每年可為一臺(tái)普通的生產(chǎn)設(shè)備節(jié)約數(shù)十萬(wàn)人民幣的成本，其中近一半源自能效以外的其他領(lǐng)域。
新一代技術(shù)
新一代的電動(dòng)缸產(chǎn)品秉承了該項(xiàng)技術(shù)的原有設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)一步加強(qiáng)它在強(qiáng)大功能、持久耐用、易于集成到機(jī)器等方面的卓越表現(xiàn)。
伊維萊（Ewellix）的CASM系列專為高速度大批量自動(dòng)化生產(chǎn)中的苛刻負(fù)載率而設(shè)計(jì)。 CASM電動(dòng)缸采用模塊化設(shè)計(jì)，有多種標(biāo)準(zhǔn)尺寸可供選擇，可以作為液壓缸的替代品安裝在現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備中。該系列產(chǎn)品可由多種不同類型的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，從而允許客戶從其首選的供應(yīng)商手中購(gòu)買電機(jī)，以簡(jiǎn)化采購(gòu)和備件管理流程。豐富的選件和配件使其能夠輕松集成到眾多應(yīng)用中。
CASM電動(dòng)缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，具有極高的性能和很長(zhǎng)的使用壽命。高質(zhì)量的滾珠或滾柱絲杠因低摩擦性而有助于提高能效，同時(shí)因?yàn)檩^小的軸向間隙，而有助于提高精度。這些裝置終身潤(rùn)滑，配有集成過濾器和防塵圈，可防止因進(jìn)入灰塵和污垢而損壞。集成式磁環(huán)和開槽鋁型材外殼便于添加外部傳感器。
為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化機(jī)器控制和系統(tǒng)集成工作，最新款的CASM電動(dòng)缸還配備了具有運(yùn)動(dòng)控制器、制動(dòng)器及可選現(xiàn)場(chǎng)總線接口的無(wú)刷直流電機(jī)。無(wú)刷電機(jī)選件可通過一條電纜供電和控制，因此不再需要外部電機(jī)控制器，從而能夠降低安裝成本并簡(jiǎn)化布線流程。機(jī)器設(shè)置也變得更加簡(jiǎn)單，專用的伊維萊編程工具包允許客戶使用圖形用戶界面來(lái)設(shè)置電機(jī)參數(shù)。客戶可將多達(dá)14個(gè)不同的電動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)位置及相關(guān)的速度、加速度和減速度參數(shù)下載到電機(jī)本身，隨后通過PLC或簡(jiǎn)單的開關(guān)來(lái)控制機(jī)器設(shè)備，從而為小型機(jī)器設(shè)備創(chuàng)建極具成本效益的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
為了處理更高負(fù)載，伊維萊 LEMC電動(dòng)缸使用行星滾柱絲杠替代了滾珠絲杠設(shè)計(jì)。該技術(shù)使得執(zhí)行器具有比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更高的功率密度，并且還能在設(shè)備處于震動(dòng)較為嚴(yán)重的外部環(huán)境時(shí)提高性能。與CASM裝置一樣，LEMC電動(dòng)缸同樣采用模塊化設(shè)計(jì)，可配置用于多類不同的應(yīng)用和電機(jī)。除了傳統(tǒng)的伺服電機(jī)外，它們也可配備集成式變速箱和智能異步電機(jī)，從而借助集成式軟啟動(dòng)功能和電機(jī)保護(hù)功能來(lái)提供額外的安全性和機(jī)器保護(hù)。此外，伊維萊LEMC的控制器具有近場(chǎng)通信（NFC）功能，允許用戶使用智能手機(jī)進(jìn)行無(wú)線調(diào)整，從而使運(yùn)維人員進(jìn)一步受益。